程序的内存分布 - 以 Linux 为例,基于 C 语言分析

it2022-05-09  40

这里以 Linux 为例,用 C 语言进行演示。

内存模型

-内存空间名称内容读写操作分配时机高地址kernel 内核空间命令行参数、环境变量等不可读写程序运行时-stack 栈空间局部变量可读写程序运行时-heap 堆空间malloc() new() 内存分配函数创建可读写程序运行时-全局数据空间(初始化的和未初始化的)静态变量、全局变量可读写编译时-只读数据空间程序的只读数据(常量)只读编译时低地址代码段程序的机器码,相同程序的多个运行实体之间共享只读编译时 任何对代码段的写操作都会导致 segmentation fault 段错误常量、静态变量、全局变量都是在编译时分配内存空间

查看可执行文件的结构

size 查看可执行文件的内存分布

可以通过 size 命令查看可执行文件的内存分配,其中 text 的大小对应程序的只读空间(代码段和只读数据段),data 对应初始化了的全局数据、静态变量,bss 是未初始化数据段,包含未经初始化的全局变量和静态变量。详细例子可以参考:https://blog.csdn.net/love_gaohz/article/details/50522447,简单示例如下:

#include <stdio.h> int b; int main() { int a = 888; }

上面代码中有未初始化的全局变量,编译后用 size 查看:

[root@VM_139_38_centos 20190121]# size build text data bss dec hex filename 1127 540 12 1679 68f build

修改 C 代码,初始化全局变量:

#include <stdio.h> int b = 666; int main() { int a = 888; }

初始化全局变量后,编译后用 size 查看:

[root@VM_139_38_centos 20190121]# size build text data bss dec hex filename 1127 544 8 1679 68f build

nm 查看可执行文件的标签

# nm build 000000000060102c D b 0000000000601030 B __bss_start 0000000000601030 b completed.6355 0000000000601028 D __data_start 0000000000601028 W data_start 0000000000400430 t deregister_tm_clones 00000000004004a0 t __do_global_dtors_aux 0000000000600e18 t __do_global_dtors_aux_fini_array_entry 0000000000400588 R __dso_handle 0000000000600e28 d _DYNAMIC 0000000000601030 D _edata 0000000000601038 B _end 0000000000400574 T _fini 00000000004004c0 t frame_dummy 0000000000600e10 t __frame_dummy_init_array_entry 00000000004006b8 r __FRAME_END__ 0000000000601000 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_ w __gmon_start__ 00000000004003a8 T _init 0000000000600e18 t __init_array_end 0000000000600e10 t __init_array_start 0000000000400580 R _IO_stdin_used w _ITM_deregisterTMCloneTable w _ITM_registerTMCloneTable 0000000000600e20 d __JCR_END__ 0000000000600e20 d __JCR_LIST__ w _Jv_RegisterClasses 0000000000400570 T __libc_csu_fini 0000000000400500 T __libc_csu_init U __libc_start_main@@GLIBC_2.2.5 00000000004004ed T main 0000000000400460 t register_tm_clones 0000000000400400 T _start 0000000000601030 D __TMC_END__

strings 查看可执行文件的常量

[root@VM_139_38_centos 20190121]# strings build /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 Z%1X libc.so.6 printf __libc_start_main __gmon_start__ GLIBC_2.2.5 UH-8 UH-8 []A\A]A^A_ address: const is:%p global is %p local is %p function main is %p ;*3$" ...

下面的例子演示了各种类型变量常量的内存地址的位置:

#include <stdio.h> const int a = 666; int b = 777; char * str = "hello\n"; int main() { int c = 888; printf("address: \nconst is:%p\n global is %p\n local is %p\n function main is %p\n string str is %p", &a, &b, &c, main, &str); unsigned char * p = main; //p[0] = 0x0; // 这里访问只读的代码段会报错 str[3] = 'z'; // 这里访问只读的代码段会报错 }

输出为:

address: const is:0x400600 global is 0x601034 local is 0x7ffdb921023c function main is 0x40052d string str is 0x601040

堆和栈的区别

只读空间在程序运行之前就分配好了,运行结束后才回收。

管理方式和分配方式不同

程序的栈由编译器自动管理。程序运行时每个函数的变量放在栈 stack 中,函数返回时函数中的局部变量出栈释放。程序的堆是动态分配的,由代码控制。可以通过 malloc() 和 free() 函数动态扩展和缩减(C++ 中对应 new() 和 delete()),malloc 可以参考:https://www.cnblogs.com/Commence/p/5785912.html #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { char *p = (char *)malloc(100); if (p == NULL) exit(1); int *a; a = (int *)malloc(sizeof(int)); if (a == NULL) { free(p); exit(1); } free(a); printf("end"); }

碎片水平不同

堆的分配和回收会造成内存空间的不连续,造成大量的碎片,使程序效率降低。栈不存在碎片问题,因为栈是先进后出的队列,永远不可能有一个内存块从栈中间弹出。

转载于:https://www.cnblogs.com/kika/p/10851507.html


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